人脑的表面为什么有许多裂沟或者说褶皱?

Question

人脑的表面为什么有许多裂沟或者说褶皱?

Answer 1

人脑的表面为什么有许多裂沟或者说褶皱?这些裂沟（脑沟）能够增加大脑皮层的表面积.像老鼠一类惧光动物,它们的脑表面则是光滑的.脑所做的大部分工作都是由脑表面最外几层细胞完成的.事实上,脑的大部分体积主要是用来安置点对点的连接配线的.因此,如果你想用脑处理大量信息,最好的办法不是通过增大颅腔的直径来增大脑的表面积,而是多长些裂沟.我们知道,计算机的元件是安装在配线板（平面）上的,配线板上的配线（连接线）构成电路网络.在此平面上,一般说来,信号从一个连接点传递到另一个连接点,之间必须要经过许多其他连接点.这就是下面回答中说到的“短程连接”.所谓“点对点的连接配线”,则是下面回答中说到的“长程连接”,是指信号不经过其他连接点而由一个连接点通过单独一条连接线（捷径）直接传递到目标连接点.例如用一根跨线从一块配线板上的某个连接点直接连接到另一块配线板上的某个连接点就是长程连接.把大脑表面比喻为球面配线板,就不难理解上面回答中所说的“脑的大部分体积主要是用来安置点对点的连接配线的”——长程连接的跨线从球面上一点通过脑内空间连接到球面上的另一点.——译者 的确,脑表面的裂沟最大限度地增加了大脑皮层的表面积.然而真正的问题是,为什么要增加表面积.原来,如果需要的是大量的短程连接的话,那么,比较合理的安排就是把处理信息的单元安放在一层薄片中——差不多就是一个二维曲面,而把第三维留作长程连接.假如神经元是均匀地分布在脑的全部体积内的话,那些长程连接就有可能变短,但是这种连接要占据脑内运算单元之间的空间,将会使短程连接变长,结果反而需要增大脑的总体积.还有一个原因,表面积增大有利于散失脑活动所产生的热量.——《新科学家》编者 脑组织在工作时要消耗大量的能量,从而产生热量,必须要让这些热量散失掉.你可以用手摸摸自己的头,一定会感到它比大腿热.低等脊椎动物的脑的表面就没有多少褶皱,因为它们相对说来没有多少热量需要散失.人类有一个很大的脑,可以做大量的工作.我们的脑的表面还多了许多褶皱,增加了表面积,有助于脑血管散失掉因进行繁重的思考所产生的额外热量.倘若在进化过程中我们得到的是一个更加复杂和体积更大的脑的话,那么它就必须要比现在的脑有多得多的褶皱,才能够散失掉所产生的多得多的热量.许多有智力的脊椎动物都有一个比较大的脑,同时大脑皮层上的褶皱也比较复杂.因此,尽管海豚和鲨鱼两者的大小差不多,但是比起鲨鱼来,海豚的脑要明显地大得多,而且褶皱也更复杂.猫和兔,身体的大小也差不多,但是猫是食肉动物,生活方式更为复杂,想必需要更高的智力,所以猫的脑有褶皱,而兔子却没有.动物身体的大小也是一个必须要考虑的因素.老鼠和兔子也显示有一定的智力,但是它们的脑就几乎没有裂沟.然而大象和鲸,这两种动物脑表面上的裂沟甚至比人脑还要复杂.然而奇怪的是,这两种动物有如此大面积的大脑皮层,可是它们的皮层神经细胞的数量并不是很多.这是因为,大型动物的神经细胞的体积也比较大,因而要占据更大的空间.对神经细胞体积较大的解释是,在这两种大型脊椎动物脑内,神经胶质细胞与神经元的比例要显著地大于其他脊椎动物.结果,它们的大脑皮层——具有层状结构——需要有褶皱才容纳得下这些数量不算很多的神经元.然而体形较小的动物,这个数量的神经元,大脑皮层无需褶皱就能够容纳.